Période, durée
mars-août 2023, 20 semaines
Profil recherché
Élève de master2 ou d’école d’ingénieur en électronique, électrotechnique, mécatronique, physique appliquée
Gratification
4,05€/h (standard)
Lieu
Annecy-le-vieux ; Maison de la mécatronique ; laboratoire Symme
Sujet
Contexte :
Dans de nombreuses applications, le déploiement de câbles et l’utilisation de batteries pour l’alimentation de capteurs peuvent être particulièrement complexes. Dans le cadre de l’alimentation de systèmes biomédicaux présents dans le corps humain (par exemple de pacemakers, dispositifs optogénétiques, capteurs de glucose, etc.), un changement de batterie requiert une intervention chirurgicale à la fois coûteuse, complexe, et potentiellement dangereuse.
Afin de remplacer les batteries pour l’alimentation de ces systèmes biomédicaux in-vivo, une solution prometteuse consiste à transférer de l’énergie sans fils à un récepteur placé dans le corps humain. Un circuit électronique connecté à ce récepteur permettra le conditionnement ainsi que le stockage de l’énergie électrique dans un condensateur ou dans une batterie rechargeable.
Pour transférer de l’énergie de manière sûre et efficace au travers du corps humain (majoritairement composé d’eau), il est préférable d’utiliser des ondes magnétiques basse-fréquences. Pour cela, un système de transfert de l’énergie basse-fréquence original a été développé au laboratoire SYMME, en collaboration avec le CEA-LETI (Grenoble).
Un émetteur (placé en dehors du corps humain) constitué d’une large bobine est alimenté par une source de tension alternative basse-fréquence. Le courant alternatif parcourant la bobine entraîne l’apparition d’un champ magnétique alternatif basse-fréquence. Ce champ alternatif entraîne le déplacement d’un aimant fixé sur une poutre, au niveau du récepteur placé dans le corps humain. La poutre se met à osciller, déformant un matériau piézoélectrique collé sur cette dernière. La déformation du matériau piézoélectrique entraîne l’apparition d’une tension alternative à ses bornes, tension qui peut être redressée et conditionnée afin de charger un condensateur alimentant, par exemple, un capteur de glucose.
Travail demandé :
L’objectif du stage est de concevoir une électronique de puissance permettant de récupérer et conditionner l’énergie issue du récepteur de manière optimale. Après avoir pris connaissance de la littérature portant sur le transfert d’énergie sans fils, le stagiaire sera en charge de modéliser le système (par exemple, sous Matlab et Simulink ou en Python), en prenant en compte à la fois les aspects magnétiques, mécaniques, et électriques du système complet. Le stagiaire pourra ensuite valider son modèle avec des mesures expérimentales sur un banc de test dédié. Dans une seconde partie, le stagiaire concevra une électronique permettant de récupérer et conditionner l’énergie issue du récepteur de manière optimale. Le stagiaire devra développer l’électroniques de puissance (convertisseurs AC-DC et DC-DC) ainsi qu’une électronique analogique de contrôle permettant le pilotage et l’optimisation de ces convertisseurs. Des solutions ambitieuses et originales pourront être explorées, par exemple en concevant une électronique capable d’ajuster la fréquence de résonance mécanique du récepteur, ou en explorant la possibilité de transmettre simultanément sur le même canal de l’énergie et de l’information. Finalement, le stagiaire testera l’électronique ainsi développée sur un prototype de système de transfert d’énergie sans fil du laboratoire.
Le stagiaire développera ainsi ses compétences en modélisation multi-physique, en optimisation au niveau système, en conception d’électronique analogique basse consommation, et en électronique de puissance. Il sera intégré dans une équipe ayant une expertise dans la modélisation, conception et développement de solutions pour la récupération et le transfert d’énergie, au laboratoire SYMME (Annecy), et aura l’occasion de participer à des discussions et à une collaboration avec un laboratoire partenaire, le CEA-LETI (Grenoble). Il devra avoir de bonnes capacités d’analyse, un profil adapté à l’électronique, l’électronique de puissance, la physique appliquée, ou la mécatronique (au moins un des domaines), et devra avoir une appétence pour résoudre des problèmes techniques transdisciplinaires, allant du système multi-physique à la conception électronique. Selon l’avancement du stage, les résultats obtenus par le stagiaire pourront faire l’objet d’une publication d’un article scientifique dans une revue à comité de lecture.
Contact
Adrien.Morel
@univ-smb.fr
Equipe projet
Adrien Morel, enseignant-chercheur IUT-A / SYMME
David Gibus, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Adrien Badel, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Ludovic Charleux, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Emile Roux, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Nicolas Garraud, ingénieur-chercheur CEA-LETI
Pierre Gasnier, ingénieur-chercheur CEA-LETI